微机原理及应用教案第2章 微处理器

1、第2章 微处理器第2章 微处理器21 微处理器22 8086/8088微处理器23 8086指令系统和汇编语言24 飞速发展CPU第2章 微处理器本章学习目标 8086/8088CPU的组成、引 脚功能和工作模式。时序基本概念。 微处理器的发展历程，主 流CPU及其最新技术。 返回本章首页第2章 微处理器2.1 微处理器概述2.1.1 CPU的基本概念和组成2.1.2 CPU主要技术参数2.1.3 CPU主流技术术语浅析 返回本章首页第2章 微处理器2.1.1 CPU的基本概念和组成微处理器（Micro Processing Unit），即微型化的中央处理 器。中央处理器CPU的英文全称是 Central Processing Unit。早期微处理器 以MPU表示，以区别于大型主机的多芯 片CPU。但现在已经不加区分，都用 CPU表示。 返回本节第2章 微处理器2.1.2 CPU主要技术参数1位、字节和字长 2CPU外频 3前端总线（FSB）频 率 4CPU主频 4CPU主频 5L1和L2 Cache的容量 和速率 返回本节第2章 微处理器2.1.3 CPU主流技术术语浅析 1流水 线

2、技术 2超流 水线和超标量技术 3乱序 执行技术 4分支 预测和推测执行技术 5指令 特殊扩展技术 返回本节第2章 微处理器2.2 8086/8088微处理器2.2.1 8086的编程结构2.2.2 8086的工作模式和引脚功能2.2.3 8086的系统组成2.2.4 8086的总线时序返回本章首页第2章 微处理器2.2.1 8086的编程结构 1总线接 口部件 (BIU) 2执行部 件EU 3“流水线 ”结构 4通用寄 存器的用法 5标志寄 存器第2章 微处理器图2-1 8086的编程结构图第2章 微处理器1总线接口部件 (BIU) 总线接口部件由下 列各部分组成： （1）4个段地址寄 存器； CS16位的代码 段寄存器； DS16位的数据 段寄存器； ES16位的扩展 段寄存器； SS16位的堆栈 段寄存器； （2）16位的指令 指针寄存器IP； （3）20位的地址 加法器； （4）6字节的指令 队列缓冲器。第2章 微处理器执行部件的功能就是负责 从指令队列取指令并执行。从编程结构 图可见，执行部件由下列几个部分组成 ： （1）4个通用寄存器，即 AX、BX、CX、DX； （2）4

3、个专用寄存器： （3）标志寄存器FR； （4）算术逻辑单元ALU。 2执行部件EU 第2章 微处理器3“流水线”结构 总线接口部件BIU和执行 部件EU并不是同步工作的，两者的动作 管理遵循如下原则： 每当8086的指令队列中有2 个空字节，BIU就会自动把指令取到指令 队列中。而同时EU从指令队列取出一条 指令，并用几个时钟周期去分析、执行 指令。当指令队列已满，而且EU对BIU 又无总线访问请求时，BIU便进入空闲状 态。在执行转移、调用和返回指令时， 指令队列中的原有内容被自动清除。第2章 微处理器表2-1 寄存器的隐含用法4通用寄存器的用法第2章 微处理器图2-2 标志寄存器结构图标志寄存器（Flag Register）共有16位，其 中7位未用。标志寄存器内容如图2-2所示： （1）条件标志 （2）控制标志 5标志寄存器返回本节第2章 微处理器2.2.2 8086的工作模式和引脚功能1最小工作模式 2最大工作模式 38086CPU的引脚信号 第2章 微处理器1最小工作模式 由图2-3可知，在8086的最小 模式中，硬件连接上有如下几个特点： （1）MN/ 引脚接+5V ，决定

4、了8086工作在最小模式。 （2）有一片8234A，作为时 钟发生器。 （3）有三片8282或74LS373 ，用来作为地址锁存器。 （4）当系统中所连接的存 储器和外设比较多时，需要增加系统数据 总线的驱动能力，这时，可选用两片8286 或74LS245作为总线收发器。第2章 微处理器图2-3 8086CPU最小模式下的典型配 置第2章 微处理器2最大工作模式 由 图2-4 可知 ，最 大模 式配 置和 最小 模式 配置 有一 个主 要的 差别 ： 最 大模 式下 多了 8288 总线 控制 器。 图2-4 8086CPU最大工作 模式下的典型配置第2章 微处理器第2章 微处理器38086CPU的引脚信号8 086CPU采用 双列直插式 的封装形式 ，具有40条 引脚，见图2 -5。它采用 分时复用的 地址/数据总 线，所以有 一部分引脚 具有双重功 能，即在不 同时钟周期 内，引脚的 作用不同。图2-5 8086的引脚信号（括号 中为最大模式下的名称）返回本节第2章 微处理器2.2.3 8086的系统组成18086的存储体结构 28086存储器的分段 结构 38086存储器的逻辑

5、地址与物理 48086存储器20位物 理地址的形成 第2章 微处理器18086的存储体结构 表2-3 BHE和A0 的意义第2章 微处理器图2-6 8086系统的存储结构第2章 微处理器28086存储器的分段结构 8 086 CPU中有四 个段寄存器： CS，DS，SS和 ES，这四个段 寄存器存放了 CPU当前可以寻 址的四个段的基 值，也即可以从 这四个段寄存器 规定的逻辑段中 存取指令代码和 数据。一旦这四 个段寄存器的内 容被设定，就规 定了CPU当前可 寻址的段，如图 2-7所示。图2-7 当前可寻址的存储器 段（堆栈段和附加段重叠）第2章 微处理器38086存储器的逻辑地址与物理8 086 CPU中的 每个存储元在 存储体中的位 置都可以使用 实际地址和逻 辑地址来表示 。 C PU访问存储 器时，要形成 20位的物理地 址，即先找到 某段，再找到 该段内的偏移 量。换句话说 ，CPU是以物 理地址访问存 储器的，如图 2-8所示。图2-8 逻辑地址与物理地址的关系第2章 微处理器48086存储器20位物理地址的形成 在存储段划分时，段内地 址是连续的，段与段之间是相互独立

6、的 。每个段的起始地址称段的基址，段基 址必须是能被16整除的那些地址，即20 位的段基址的低四位应当是0000。由于 段起始地址的低四位为0，所以可用20位 地址的高16位表示段的基址，存放在段 基址寄存器中。段基址寄存器共四个： CS、DS、ES、SS。返回本节第2章 微处理器2.2.4 8086的总线时序1读周期的时序 2写周期的时序 第2章 微处理器1读周期的时序（图2-9） 图2-9 8086读总线周期第2章 微处理器一个基本的读周期一般包含如下几个状态 ：T 1状态： T 2状态： T 3状态： T w状态： T 4状态： 第2章 微处理器2写周期的时序（图2-10） 图2-10 8086写总线周期 返回本节第2章 微处理器2.3 8086指令系统和汇编语言2.3.1 寻址方式2.3.2 8086的指令系统2.3.3 汇编语言程序设计返回本章首页第2章 微处理器2.3.1 寻址方式1操作数的寻址方式 2转移地址的寻址方 式第2章 微处理器1操作数的寻址方式 （1）立 即寻址 （2）寄 存器寻址 （3）直 接寻址 （4）寄 存器间接寻址 （5）寄 存器相对寻址方式 （6）基

7、址变址寻址方式 （7）相 对基址变址寻址方式 第2章 微处理器（1）立即寻址 例如：MOV AX，1234H ；十六进制数1234H送入AX。 如图2-11所示。第2章 微处理器（2）寄存器寻址 操作数存放在指令规定的寄存 器中，对于16位操作数，寄存器可以是AX， BX，CX，DX，SI，DL，SP或BP；而对8位操 作数，寄存器可以是AH，AL，BH，BL，CH ，CL，DH或DL。 例如：MOV AX，BX ；将寄 存器BX的内容送入AX中。 如图2-12所示。第2章 微处理器（3）直接寻址 例 如：MOV AL， DS:2000H ；将 逻辑地址为 DS:2000单元内 的字节送入AL。若 段基址 DS=4000H，则 段起始物理地址 为4000H左移4位 ，即40000H，此 指令将数据段中 物理地址为 42000H 单元的内 容56H传至AL寄 存器。 如 图2-13所示。第2章 微处理器（4）寄存器间接寻址 例如：MOV AX，BX ；BX 内容为有效地址EA（偏移量）。若DS=4000H ，BX=100H，此指令将物理地址40100H 单元的 内容传至AL寄存器（段基地

8、址同样为40000H） 。 如图2-14所示。第2章 微处理器（5）寄存器相对寻址方式 例 如：MOV AL ，BX+5；若 DS=6000H， BX=2000H， BX的内容加上 8位位移量05H 作为操作数的 有效地址。传 送数据段中的 一个字节到AL 中。如果使用 BP，则隐含地 表示操作数存 放在堆栈段中 。如图2-15所 示。第2章 微处理器（6）基址变址寻址方式 例 如： MOV AX ， BX+SI ；BX的 内容与SI 的内容之 和作为操 作数的有 效地址。 传送数据 段中的一 个字。如 图2-16所 示。第2章 微处理器（7）相对基址变址寻址方式 例 如：MOV AH， BX+DI+12 34H ；BX 的内容加上 DI的内容再 加上位移量 1234H作为 操作数的有 效地址。如 图2-17所示 。第2章 微处理器2转移地址的寻址方式 （ 1）段内直接寻址 （ 2）段内间接方式 （ 3）段间直接寻址 （ 4）段间间接方式 第2章 微处理器（1）段内直接寻址 段内直接寻址方式也称为 相对寻址方式，转移的目标地址是当前 IP内容和一个8位或16位的位移量之和， 这个位移量

9、才是指令代码的一部分，所 以叫相对寻址。如图2-18所示 第2章 微处理器（2）段内间接方式 这种方式也是在段内，其转移 的目标地址是寄存器或存储单元的内容，即以 寄存器或存储器单元内容来更新IP的内容，所 以是绝对偏移量，注意和段内直接方式的相对 偏移量的区别。若目标地址为存储单元内容， 则该存储单元本身可由上述与存储器操作数有 关的任何寻址方式寻址，只是它里面的内容为 新的IP值。如图2-19所示。第2章 微处理器（3）段间直接寻址 这种方式用于段间转移， 目标地址的段基值（CS）和偏移地址（ IP）都是指令码的组成部分，用来更新 当前CS和IP。如图2-20所示。第2章 微处理器（4）段间间接方式 这种方式同样用于段间转移， 只不过当前CS和IP由存储器中连续的两个字更 新，低位地址的字更新IP，高位地址的字更新 CS，存放新IP和CS的存储单元地址由前述存储 器操作数的寻址方式决定。见图2-21所示。 例如：JMP DWORD PTR INTER+BX ；取DS段中偏移为 INTER+BX处的双字作为新的CS和IP。返回本节第2章 微处理器2.3.2 8086的指令系统1数据传送类 2算术运算类 3逻辑运算与移 位指令 4字符串处理 5控制转移指令 6处理器控制指 令第2章 微处理器1数据传送类（1）通用数据传送 指令 这种指令共5条，如 表2-4所示。 （2）输入/输出指令 （3）目标地指传送 指令 这组指令包括三条指 令，如表2-5所示。 （4）标志位传送指 令第2章 微处理器表2-4 通用数据传送指令格式第2章 微处理器表2-5 目标地址传送指令格式第2章 微处理器2算术运算类 （ 1）加法指令 （ 2）减法指

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